Cadens et l'ORNL aux États-Unis développent une turbine imprimée en 3D, libérant un potentiel hydroélectrique de 29 millions de kW

fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs américains ont récemment mis au point un système de turbine imprimée en 3D, permettant un déploiement moins coûteux et plus rapide des petites centrales hydroélectriques, et promettant de libérer environ 29 millions de kW de potentiel hydroélectrique inexploité grâce aux barrages existants.

Les États-Unis comptent près de 90 000 barrages, mais moins de 3 % d'entre eux sont actuellement utilisés pour la production d'électricité. Les données indiquent qu'environ 51 000 sites à l'échelle nationale pourraient accueillir de la micro-hydroélectricité, avec un potentiel cumulé exploitable d'environ 29 millions de kW. Cependant, le coût prohibitif de la construction de turbines et d'infrastructures sur mesure pour chaque site rend ces projets économiquement non viables.

Pour résoudre ce problème, la start-up Cadens du Wisconsin (spécialisée dans les turbines à faible coût et haute efficacité) a collaboré avec le Manufacturing Demonstration Facility du Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) dans le Tennessee. Ils ont utilisé les technologies de fabrication additive pour développer des turbines imprimées en 3D et d'autres composants hydroélectriques clés capables de fonctionner en continu pendant des années dans des environnements aquatiques difficiles. L'équipe souligne que la fabrication additive permet de produire rapidement, sur mesure et de manière économique des pièces pour les systèmes micro-hydroélectriques à faible chute, abaissant considérablement le seuil d'accès à cette énergie.

Dans cette recherche, de grands tuyaux en polychlorure de vinyle (PVC) sont utilisés comme conduite forcée principale, avec des pièces personnalisées imprimées en 3D selon les dimensions exactes du site. L'un des composants les plus importants — le tube d'aspiration (qui améliore l'efficacité de la turbine en contrôlant le flux d'eau) — a été conçu en deux moitiés, fabriqué en polymère d'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) renforcé de 20 % de fibre de carbone, et scellé pour former une unité robuste pesant environ 688 livres. La bâche de la roue a été réalisée par moulage en fibre de verre à l'aide d'un moule imprimé en 3D, puis usinée CNC et scellée par projection pour garantir précision et protection. L'équipe a également utilisé la fabrication additive grand format (Big-Area Additive Manufacturing, BAAM) pour produire des supports de tuyauterie, des traversées murales, des raccords d'extrémité et les éléments du système de roue de la turbine Kaplan de type S.

Comparée aux procédés de fabrication traditionnels, la fabrication additive peut réduire le coût par kilowatt d'une centrale hydroélectrique jusqu'à 40 %. Ce prototype opérationnel fonctionne en continu depuis plus de six ans dans les installations de Cadens dans le Wisconsin.

Cette plateforme d'essai micro-hydroélectrique unique est devenue un outil de R&D courant pour l'industrie, utilisé pour les tests de matériaux et de composants, l'optimisation des modèles de simulation et la recherche sur le stockage d'énergie. Cadens continue d'étendre l'échelle de sa technologie et d'améliorer la résistance à l'accumulation de débris et à l'encrassement biologique — les principaux défis pour une exploitation hydroélectrique à long terme dans les cours d'eau naturels. Cette recherche est financée par le Bureau des technologies des matériaux avancés et de fabrication (Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office, AMMTO) du Département de l'Énergie des États-Unis, visant à améliorer l'efficacité, la productivité, la performance environnementale et la compétitivité de l'industrie manufacturière.